關于建筑形態與其周邊微氣候關系的研究

史珊珊 張茜越 郭佳玉

摘 要 該研究主要通過對校園微氣候的測試，分析不同建筑圍合形狀產生的微氣候差異。通過設立微氣站對不同地點的溫度、濕度、風速、風向等數據進行全面的測試，另外，通過調查問卷把握空間使用者對校園微氣候的態度和傾向，通過研究數據和分析信息的方法，輔以模擬計算模型用以檢驗。

關鍵詞 建筑形態;城市微氣候;舒適度

1研究背景

隨著微氣候已經成為評價生活環境品質的重要指標，城市建筑的形態作為微氣候的直接影響因素之一，探究建筑形態與其周邊微氣候的關系意義重大。本次研究于十二月下旬展開，以北京建筑大學西城校區為測試地點。校區內以蘇式建筑和現代中低層建筑為主，容積率大，建筑密度較高，建筑形態類型豐富，適合選取其作為我們探究實驗步驟和研究數據分析方法的地點[1]。

2研究內容

2.1 現場實驗

（1）微氣站架設。本次的設備架設地點覆蓋校區的各個室外開放區域，主要測試設備包括主機、風速測試器、風速測試器、溫濕度傳感器和灰球溫度測量器，在安裝過程中要保證各個部件的安裝的位置和高度符合規范、與支撐鋼架連接堅固、與主機連接順暢。

（2）信息收集。現場需要收集的信息主要包括兩個方面：①數據收集。包括每天24小時內每隔5分鐘的溫濕度傳感器溫度、溫濕度傳感器濕度、灰球溫度、風向、風速、陣風速度;②問卷調查。通過對校園內不同種類使用者的問卷調查，了解不同時段他們對空間內溫度、濕度、風速等的主觀感受[2]。

3分析方法

3.1 建筑分析

首先對全部測點的空間形態進行分析，根據空間圍合度指標即平面通透率可將其分為圍合、半圍合、半開敞、開敞四大類，再結合外部空間平面形態類型共可分為7種：①圍合“口”字形;②半圍合“U”形;③半圍合“L”形;④半圍合街谷型;⑤半開敞條型;⑥半開敞點陣型;⑦開敞型。

3.2 數據分析

通過儀器導出的數據分析不同測點的測試項的異同，繪制不同類型的圖表，排除干擾因素后分析得出主要結論。

（1）空氣溫度和建筑圍合形態相關性分析。繪制各測點24h溫度變化折線圖，然后選取上午8：00～14：30、下午14：30～18：00、夜間18：00～23：00三個時段進行具體分析：①上午：測點出現異常波動，要考慮陽光的直射導致的溫度突變;②下午：各個測點空氣溫度隨時間變化規律相似，其中圍合型溫度最高，半圍合溫度最低，開敞型溫度介于中間;③夜間：空氣溫度隨時間變化規律非常相似，其中半圍合街谷型測點溫度始終高于其他測點。

最后對不同測點的溫度數據進行數據處理，比較其平均值、最小值、最大值和方差，結合上述分析，可得出結論：圍合度越高，溫度變化幅度越大。

（2）風速與建筑圍合程度相關性分析。繪制各測點24h風速變化折線圖和各測點的剖面圖，然后對其風速和寬高比分別進行排序，可得出結論：風速與剖面高寬比呈負相關。剖面高寬比代表的意義為空間封閉或開放，即空間越封閉風速越大。

（3）風向與建筑圍合形態相關性分析。對測點24小時內各風向頻率統計，繪制其風向玫瑰圖。從圖中我們可以通過分析測點的主導風向，分析其與建筑朝向與形態的關系。分析后得出結論：測點風場分布受外部空間形態和城市氣象因素共同作用的影響，場地空間圍合度和開口方向的協同作用對場地風向有一定的影響[3]。

（4）濕度與建筑圍合形態相關性分析。對測點24小時內濕度進行統計，繪制各個測點24h溫濕度變化對比圖，由圖可得24小時的溫濕度變化趨勢幾乎相同，圍合形態與溫濕度的相關性不是很大，而其趨勢的變化經觀察與分析是與植物蒸騰作用、日照強度影響有關。樹木的存在能夠一定程度上提高相對濕度，而草坪材質的鋪地能將相對濕度維持在一個較為準確的狀態。其中濕度突然下降是受到太陽直射的影響，不受太陽直射干擾的夜間時期，圍合型和半圍合型區域溫度始終高于半開敞型和開敞型區域，因此排除干擾因素，可得出：在其他條件相同情況下圍合型和半圍合型區域濕度較高，半開敞型和開敞型區域濕度較低。

（4）調查問卷分析。在問卷調查測點的選擇上，我們選擇了建筑圍合形態相差較大的兩組：開敞型和圍合型。在問卷問題的設置上，我們針對舒適度、濕度、溫度和風速設置了不同的感受梯度，可分析對比不同梯度所占的比例。由于測試時間在冬季，故可植物對于微氣候的影響較小，可暫不考慮其影響。經分析可以得出結論：在冬季，圍合度高，空氣流通較緩，溫度較高，更適宜于人類活動;圍合度低，空氣流通速度快，帶來水汽多，溫度較低，人的舒適度較低。

4模擬計算模型的建立與分析

先用Spaces軟件進行模擬計算模型的建立，然后用Envi-met軟件進行分析計算，之后將計算結果導入軟件Leonardo進行溫度、濕度、風速和風向分析圖的繪制。

根據分析圖對比實際數據可得出結論：①圍合型區域的溫度最高，半圍合型其次，開敞型最低，與我們之前的實驗結果基本一致;②半圍合型區域和開敞型區域的濕度相對較大，較封閉的區域濕度較小，與我們之前數據研究的結果不完全一致，我們猜想分析是由于樹木與鋪地的影響導致其結果的偏差;③整體布局上越靠近建筑風口處的風速越大，完全開敞的區域風速相對較小;④開敞空間、半開敞空間以及半圍合空間的風向都偏西北，都受氣象因素影響明顯，而被建筑遮蔽的圍合區域的主導風向則在不同方向，這就說明建筑的不同圍合形態與風向有著很強的相關性[4]。

5結束語

通過本次研究，我們得出了完整的探究建筑形態和周邊微氣候的關系的實驗方法和分析方法，也通過實驗數據的分析得出了建筑形態與場地微氣候要素的溫度、濕度、風場的相關性，同時利用擬合模型進行了測算，發現擬合模型到的數據更加準確，可以作為方案設計階段利用場地空間圍合度調控微氣候的工具。此次簡化分析許多干擾因素仍未在數據中具體分析，所以希望在之后的深入研究中能夠能探討出更加簡單和完善的分析方法。

參考文獻

[1] 蘆原義信.外部空間設計[M].北京：中國建筑工業出版社，1985：51.

[2] 劉念熊，秦佑國.建筑熱環境[M].北京：清華大學出版社，2016：157.

[3] 秦文翠.街區尺度上的城市微氣候數值模擬研究[D].成都：西南大學，2015.

[4] 郭琳琳，李保峰，陳宏.我國在街區尺度的城市微氣候研究進展[J].城市發展研究，2017，24（1）：75-81.